一种臭氧促溶纳米复合材料及其制作方法
【专利说明】一种臭氧促溶纳米复合材料及其制作方法
[0001]
技术领域
[0002]本发明属于废水处理催化剂技术领域，尤其涉及一种臭氧促溶纳米复合材料及其制作方法。
【背景技术】
[0003]工业革命之后，随着经济的高速发展，环境问题也日益凸显，人们在工业生产和日常生活中排放出了大量的工业废水和生活污水，如果对这些污废水处理不当，甚至没有后续处理，那么不仅会对环境造成严重污染，甚至会一定程度上损害人们的身体健康。并且由于现代化农业的发展引起农业废水的任意排放，这些农业废水的成分复杂且易造成地下水源的污染。据保守估计，我国每年的污水排放量高达数百亿吨，有近八成的废水未经任何处理就被排入河湖，造成环境的日益恶化。最近几年来，国家虽然在工业和农业废水的处理上取得了不错的成效，但是生活污水的问题仍然没有得到相应的重视及改善。
[0004]国内外环保领域一直将如何提高生活污水及生活废水的高效处理视为难题，有机废水治理技术中的曝气技术具有投资少、见效快、无二次污染的特点，已被越来越广泛的应用。曝气是指将空气中的氧向液体中转移的过程，其目的是获得足够的溶解氧，从而达到水体中的溶解氧增多，除铁，除锰或促进需氧微生物降解有机物等目的。而目前国内外常见的曝气技术主要有有鼓风曝气，机械曝气两大类:鼓风曝气指的是利用鼓风机将空气或其他气体强制加入到水体或液体中的过程；机械曝气指的是借助于机械作用使空气或其他气体进入液体的过程。而曝气高级氧化臭氧氧化法也因其自身氧化速度快、无二次污染、无污泥产生等特点逐渐成为污水深度处理的热点之一。臭氧具有灭菌，氧化，脱色，除异味的作用，并且臭氧分解后无残留物，也就不存在二次污染的问题。
[0005]气体在气相中的分压和在液相中的浓度是影响气体在气液两相之间转移速率的主要因素。在相同温度和分压下，一种气体在水中(无其他影响因素)的溶解度(常称平衡浓度)是恒定的；当该气体的浓度大于平衡浓度时，则从水中逸出；小于平衡浓度时，气体溶入水中。简单来讲，如果含有不少于两种组分的体系之中存在着浓度梯度，那么其中的每种组分都有着从高浓度向低浓度方向转移的趋势，这种转移的过程称为质量传递，简称为传质。这就相当于一个瓶颈，而如何突破这一瓶颈，也即如何提高其气体在水中的溶解度或者溶解速率也就成了比较关键的问题。因此如何提高气体在水中的溶解速率及溶解率以此来提高曝气效率和节约成本一直是环保界的难题，即气液传质是曝气工艺中的核心环节之一，其传质效率可以直接影响到后续的水处理进度，所以研究怎样可以改善气液传质效率对于强化整个曝气过程及高级氧化过程具有十分重要的意义。而通过添加不同的固相介质可以来增加气液传质效率。
[0006]对于已经运行的反应体系或者是已经成型的反应装置来说，固相介质可以理解为水处理工艺体系中的软组织或者是当作多相流曝气反应中的填料，已有研究表明，他可以较为有效地提高现有的操作环境下化学反应的效率，并且在提升曝气工艺总的处理能力方面或许可以发挥重要作用。
[0007]臭氧高级氧化技术作为一种新型水处理技术在水处理中已经被应用的越来越广泛，它是近年发展起来的备受人们关注的一种有机污染物氧化去除新技术，臭氧高级氧化技术指的是利用臭氧在水体中与水反应产生具有极强氧化性的羟基自由基，羟基自由基既能够氧化分解和矿化有机物水中的有机物。但是在实际应用中也存在着不少无可避免的问题，例如，臭氧发生器的能耗高，而臭氧的产率又不高，并且臭氧及其不稳定，容易分解等。但是臭氧作为一种强氧化剂，其在水处理中的作用是无可取代的，因此尝试着在现有的条件下提高臭氧在水中的溶解量势不可挡。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，而提供一种臭氧促溶纳米复合材料及其制作方法。
[0009]本发明的目的是这样实现的:
一种臭氧促溶纳米复合材料，其特征在于:包括以下重量分数原料:KMn0432?38份，MnCl265?71份，碳纳米管10?30份，去离子水100?300份，无水乙醇100?300份。
[0010]一种臭氧促溶纳米复合材料的制作方法，其特征在于:按照所述原料重量分数将KMnO4^P MnCl 2分另Ij溶于去离子水中，配置成0.0lmol-L 1的KMnO 4溶液10mL和
0.015mol*L 1的MnCl 2溶液lOOmL，将碳纳米管通过超声波分散仪分散到MnCl 2溶液中，超声波分散仪的使用频率为35000-45000HZ，温度为32 °C -38 °C，同时在不断搅拌情况下，搅拌机转速范围300转/min-400转/min，以25mL/min的速率将KMnO4溶液滴加入到碳纳米管、MnCV混合溶液中，并于室温下20°C _26°C持续搅拌6h-7h，停止反应，抽滤，按照所述重量分数分别取去离子水和无水乙醇，分别洗涤3次，将得到的粉末放入空气干燥箱中在1080C _112°C烘干llh-13h，即得到碳纳米管-MnO2:元复合材料。
[0011]本发明的积极效果:本发明的碳纳米管、MnO2二元复合材料对曝气臭氧高级氧化工艺的强化起到了明显的促进作用，充分利用了碳纳米管具有催化臭氧氧化，易与废水分离、易活化和便于连续性操作的特点，具有较好的应用前景，同时本发明解决了碳纳米管的分散效果不理想的问题，使臭氧溶解速率明显提升，提高了臭氧在水中的溶解率，同时降低了臭氧发生器的能耗，从而对生活污水及生活废水的高效处理提供了保障。
[0012]应用方法:曝气多相流反应器采用底部曝气方式。气源为臭氧发生器产生的气体，中间接转子流量计，控制进气量为lL/min，进水量为250ml，利用臭氧测定仪每10秒记录一个数据。
[0013]实验效果对比:
实验组为添加0.0lg碳纳米管、MnO2二元复合材料进行臭氧溶解实验，对照组为臭氧自然溶解实验。
[0014]实验步骤如下:
步骤1)、在250ml量筒中中注入蒸馏水，将臭氧检测仪探头置于1/2水深处，用检测仪测定水中的臭氧浓度；
步骤2)、对溶解臭氧水检测仪进行调零，直至显示屏上出现0.00 ppm ; 步骤3)、调节流量计使臭氧进气量为lL/min,开启臭氧发生器曝气Imin后确保气相中臭氧浓度稳定；
步骤4)、将曝气头插入量筒底部，开始正常曝气；
步骤5)、每1s记录一个数据，直至抽样检测仪显示数据稳定为止；
步骤6)、处理实验数据。
[0015]通过上述实验可以看出，在添加0.0lg本发明材料于曝气体系中